[发明专利]一种有机无机复合电解质及其制备方法

说明书

本发明提供了一种有机无机复合电解质，该复合电解质由掺杂的焦磷酸盐与耐高温聚合物复合而成，其与单一的掺杂的焦磷酸盐相比，既具有良好的电化学性能，同时其机械强度显著增强，本发明还提供一种制备上述复合电解方法，该方法是将掺杂的焦磷酸盐与耐高温聚合物在常温下混合后，除去其中的分散剂再铺设定型而得，所述方法操作简单，易于实现。

技术领域

本发明涉及固体燃料电池材料领域，特别涉及一种有机无机复合电解质及其制备方法。

背景技术

操作温度在100至400℃范围的中温燃料电池能够兼有高温和低温燃料电池的许多优点，因而，探寻在中温条件下具有高电导率的电解质材料已成为开展中温燃料电池的关键。

2006年，Hibino等报道了一种新型中温质子导体—焦磷酸盐AP₂O₇(A＝Sn,Ti,Ge,Si)在不加湿空气气氛中，50℃到300℃空气的范围内质子电导率为10^-3～10^-1S·cm^-1，其中，焦磷酸锡具有最好的中温电性能。

有关焦磷酸锡(SnP₂O₇)的制备、导电性及应用研究报道，世界范围内均做出了大量研究和取得了重大进展，Scott等报道了在SnP₂O₇的Sn位掺杂Sb的摩尔分数为20％的材料在300℃时的质子电导率高于0.1S·cm^-1，国内也有一些有关焦磷酸锡的制备、导电性的研究报道，如：济南大学耿浩然课题组用溶胶-凝胶法制备SnP₂O₇粉体；安徽理工大学王金香等关于SnP₂O₇中温固体电解质的制备和导电性能研究等。

但是焦磷酸盐单一材料还存在致密度低、机械强度不高等问题，因此，为了解决上述问题，研究学者致力于复合材料的研究开发。Hibino等将浓磷酸与多孔状的SnO₂反应制备了致密的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷并研究了它们的中温电性能；马桂林课题组在相关研究的基础上改进合成方法，制得Al³⁺掺杂的SnP₂O₇-SnO₂复合陶瓷，并应用于中温氢/空气燃料电池。

然而，国内外关于SnP₂O₇^-有机聚合物复合电解质的中温电性能研究至今只见到少量报道。Hibino等将焦磷酸盐与磺化的以聚苯乙烯为末端段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物(SSEBS)反应制备了致密的复合电解质并研究了其中温电性能；东北大学何荣桓课题组将SnP₂O₇与聚偏氟乙烯(PVDF)及磺化聚醚醚酮(SPEEK)形成复合膜并研究其中温质子导电性。

然而，这些材料作为电解质在中温条件下的电导率、输出功率密度小，因此，亟待开发一种制备方法简单、电导率高，而且由其制得的固体燃料电池的输出功率密度大的电解质。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：在焦磷酸盐中掺杂有杂原子，并将掺杂的焦磷酸盐与聚四氟乙烯进行复合，得到的复合物既具有良好的电化学性能，同时也具有较强的机械强度和较大的致密度，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

第一方面，本发明提供一种有机无机复合电解质，其特征在于，该复合电解质由掺杂的焦磷酸盐及耐高温聚合物复合而成，其中，

所述掺杂的焦磷酸盐为低价金属掺杂的焦磷酸盐；

所述耐高温聚合物为成膜聚合物。